直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置的製作方法

2023-12-01 03:21:01 2

專利名稱：直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及超冷分子製備及測量技術，具體是一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。
背景技術：
雷射自誕生以來，由於其具有良好的單色性、方向性和相干性，因而被廣泛應用於工業、軍事、通信和科學研究等諸多領域。特別是以獲得諾貝爾物理學獎的雷射冷卻原子和原子的玻色愛因斯坦凝聚的研究作為裡程碑標誌，開拓了原子、分子和光物理研究的新領域。從雷射冷卻原子到雷射冷卻分子，這是極其自然的想法。但即使是最簡單的雙原子分子，其振轉能級結構也相當複雜，像原子一樣在封閉的二能級系統中循環躍遷實現分子冷 卻幾乎是不可能的。為此，對超冷分子的研究呈現出前所未有的挑戰性，同時也開闢出許多新的研究領域分子的超高分辨光譜、分子的操控、超冷化學、量子信息處理和量子計算。在目前可獲得超冷基態雙原子分子的元素中，超冷基態雙原子銫分子最受人們的關注。這主要是由於銫原子對時間標準的貢獻和它較易操控的內部電子能級結構。目前，製備及測量超冷基態雙原子銫分子的方法主要包括超冷銫原子的費氏巴赫共振冷卻方法和超冷銫原子的光締合方法。超冷銫原子的費氏巴赫共振冷卻方法是指利用雷射冷卻原子並獲得超冷銫原子的基礎上，通過外加磁場將兩個處於散射態的原子變成一個處於束縛態的超冷基態雙原子銫分子。該方法對超冷銫原子的溫度要求極高(通常要求溫度低於luK)，且形成的超冷基態雙原子銫分子能級高、束縛弱，極易分解成兩個原子。超冷銫原子的光締合方法是指被囚禁於磁光阱中的超冷銫原子在光締合雷射的作用下，一對基態的相互碰撞的超冷銫原子共振吸收一個光締合光子(該光子的頻率負失諧於原子的共振躍遷線)，形成某一振轉能級的激發態分子，然後通過自發輻射或受激輻射形成穩定的超冷基態雙原子銫分子。然而，由自發輻射所形成的超冷基態雙原子銫分子產率很低，必須在高真空的磁光阱中利用飛行時間質譜技術才能測量到，而測量過程通常會對超冷基態雙原子銫分子造成破壞。受激輻射雖然可以大大提高超冷基態雙原子銫分子的產率，但是需要將光締合雷射和受激輻射的雷射進行相干的鎖定，技術難度很大。基於此，有必要發明一種全新的製備及測量超冷基態雙原子銫分子的技術，以解決現有超冷基態雙原子銫分子製備及測量技術對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態雙原子銫分子產率低、測量過程中會對已形成的超冷基態雙原子銫分子造成破壞、以及技術難度大的問題。

發明內容
本發明為了解決現有超冷基態雙原子銫分子製備及測量技術對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態雙原子銫分子產率低、測量過程中會對已形成的超冷基態雙原子銫分子造成破壞、以及技術難度大的問題，提供了一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。
本發明是採用如下技術方案實現的直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法，該方法是採用如下步驟實現的a.用磁光阱將銫原子冷卻形成超冷銫原子，並將超冷銫原子囚禁於高真空石英玻璃泡中；b.將光締合雷射入射到高真空石英玻璃泡中，高真空石英玻璃泡中的超冷銫原子在光締合雷射的作用下形成長程激發態雙原子銫分子；所形成的長程激發態雙原子銫分子處於具有雙勢阱結構的勢能曲線的外勢阱中；c.處於外勢阱中的長程激發態雙原子銫分子由外勢阱隧穿到內勢阱中形成短程激發態雙原子銫分子；短程激發態雙原子銫分子經自發輻射形成基態雙原子銫分子，輻射過程中產生螢光；d.用透鏡收集螢光，並對收集到的螢光進行整形使之變成平行光 束；然後用螢光探測裝置對其進行探測。所述 步驟a-b中，超冷 銫原 子處 於
權利要求
1.一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法，其特徵在於該方法是採用如下步驟實現的 a.用磁光阱將銫原子冷卻形成超冷銫原子，並將超冷銫原子囚禁於高真空石英玻璃泡中； b.將光締合雷射入射到高真空石英玻璃泡中，高真空石英玻璃泡中的超冷銫原子在光締合雷射的作用下形成長程激發態雙原子銫分子；所形成的長程激發態雙原子銫分子處於具有雙勢阱結構的勢能曲線的外勢阱中； c.處於外勢阱中的長程激發態雙原子銫分子由外勢阱隧穿到內勢阱中形成短程激發態雙原子銫分子；短程激發態雙原子銫分子經自發輻射形成基態雙原子銫分子，輻射過程中產生突光； d.用透鏡收集螢光，並對收集到的螢光進行整形使之變成平行光束；然後用螢光探測裝置對其進行探測。
2.根據權利要求I所述的直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法，其特徵在於所述步驟a-b中，超冷銫原子處於 態；所述步驟b中，光締合雷射的頻率負失諧於銫原子Mw躍遷線6. 2cm-l ;所形成的長程激發態雙原子銫分子處於具有雙勢阱結構的態的勢能曲線的外勢阱中；所述步驟c中，輻射的螢光的波段在835nm附近。
3.一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的裝置，該裝置用於實現如權利要求I或2所述的直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法，其特徵在於包括銫源(I )、無縫不鏽鋼真空管(2)、濺射離子泵(3)、磁光阱、光締合雷射(16)、透鏡組、反射鏡組、以及螢光探測裝置；所述磁光阱包括高真空石英玻璃泡(4)、第一磁場線圈(5)、第二磁場線圈(6)、第一俘獲光(7)、第二俘獲光(8)、第三俘獲光(9)、第四俘獲光(10)、第五俘獲光(11)、第六俘獲光(12)、第一再泵浦雷射(13)、以及第二再泵浦雷射(14);所述透鏡組包括第一透鏡(17)、第二透鏡(18)、第三透鏡(19)、第四透鏡(22)、以及第五透鏡(23);所述反射鏡組包括第一反射鏡(20)、以及第二反射鏡(21);所述螢光探測裝置包括帶通濾光片(24)、單色分光儀(25)、雪崩光電二極體(26)、鎖相放大器(27)、以及數字示波器(28);其中，銫源(I)和濺射離子泵(3 )通過無縫不鏽鋼真空管(2 )與高真空石英玻璃泡(4)連接；第一磁場線圈(5)和第二磁場線圈(6)為一對間距等於半徑的共軸線圈，對稱置於高真空石英玻璃泡(4)的上端和下端，電流等大反向構成了標準的反亥姆霍茲線圈；第一俘獲光(7)和第二俘獲光(8)相向傳播；第三俘獲光(9)和第四俘獲光(10)相向傳播；第五俘獲光(11)和第六俘獲光(12)相向傳播；第一俘獲光(7)的傳播方向、第三俘獲光(9)的傳播方向、第五俘獲光(11)的傳播方向兩兩互相垂直；第一再泵浦雷射(13)經反射鏡後沿原路返回形成第二再泵浦雷射(14);第一俘獲光(7)、第二俘獲光(8)、第三俘獲光(9)、第四俘獲光(10)、第五俘獲光(11)、第六俘獲光(12)、第一再泵浦雷射(13)、第二再泵浦雷射(14)均入射到高真空石英玻璃泡(4)中並交於一點；光締合雷射(16)經第一透鏡(17)會聚併入射到高真空石英玻璃泡(4)中；第二透鏡(18)置於高真空石英玻璃泡(4)的側面；第三透鏡(19)置於第二透鏡(18)的後端；第一反射鏡(20)和第二反射鏡(21)位於第二透鏡(18)和第四透鏡(22)之間；第五透鏡(23)置於第四透鏡(22)後端；帶通濾光片(24)置於第五透鏡(23)後端；單色分光儀(25)置於帶通濾光片(24)後端；雪崩光電二極體(26)的入射端與單色 分光儀(25)的出射端連接；鎖相放大器(27)的輸入端與雪崩光電二極體(26)的輸出端連接；數字示波器(28)的輸入端與鎖相放大器(27)的輸出端連接。
全文摘要
本發明涉及超冷分子製備及測量技術，具體是一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。本發明解決了現有超冷基態雙原子銫分子製備及測量技術對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態雙原子銫分子產率低、測量過程中會對已形成的超冷基態雙原子銫分子造成破壞、以及技術難度大的問題。直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法，該方法是採用如下步驟實現的a.將銫原子冷卻形成超冷銫原子；b.超冷銫原子在光締合雷射的作用下形成長程激發態雙原子銫分子；c.長程激發態雙原子銫分子隧穿形成短程激發態雙原子銫分子；d.用透鏡收集螢光。本發明適用於超冷基態分子的製備和測量。
文檔編號G01N21/64GK102735672SQ20121022830
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者張一馳, 李玉清, 武寄洲, 肖連團, 賈鎖堂, 馬傑 申請人:山西大學